декларативная форма представления информации это
Декларативная и процедурная формы представления знаний
Одинаковое число разрядов в машинных словах для команд и данных позволяет рассматривать их в ЭВМ в качестве одинаковых информационных единиц и выполнять операции над командами, как над данными. Содержимое памяти образует информационную базу.
Параллельно с развитием структуры ЭВМ происходило развитие информационных структур для представления данных. Появились способы описания данных в виде векторов и матриц, возникли списочные структуры, иерархические структуры. В настоящее время в языках программирования высокого уровня используются абстрактные типы данных, структура которых задается программистом. Появление баз данных (БД) знаменовало собой еще один шаг на пути организации работы с декларативной информацией. В базах данных могут одновременно храниться большие объемы информации, а специальные средства, образующие систему управления базами данных (СУБД), позволяют эффективно манипулировать с данными, при необходимости извлекать их из базы данных и записывать их в нужном порядке в базу.
По мере развития исследований в области ИС возникла концепция знаний, которые объединили в себе многие черты процедурной и декларативной информации.
Основные операции над знаниями.
См 25
Модель знаний – это структура, с помощью которой может быть задана семантика для описания и использования знаний. Основные объекты моделей – связи между классами объектов предметной области, которые отображаются в виде аксиом, теорем, законов, соотношений, при этом используются понятия из структурированных удобным образом системы понятий, которые тоже представлены в БЗ.
Информацию, имеющуюся в БЗ, используют для вывода новых соотношений и фактов.
29. Какие понятия включает в себя система представления знаний?
Система представления знаний должна включать:
— модель мира проблемной области,
— процедуры накопления и корректировки знаний.
Декларативная форма представления информации это
Информация. Свойства информации
Информация обладает определенными свойствами. К основным свойствам информации можно отнести достоверность, объективность, полноту, актуальность, понятность и доступность (рис. 1).
Информация достоверна, если она отражает истинное положение дел. Недостоверная информация может привести к принятию неправильных решений. Например, объявление, опубликованное в сети Интернет, может содержать недостоверные сведения о характеристиках какой-либо продукции. Покупатель, который поверил такому объявлению и приобрел товар, может напрасно потратить деньги.
Информация объективна, если она не зависит от чьего-либо мнения или суждения. Объективную информацию можно получить, например, с помощью исправных измерительных приборов. Сообщение «Автомобиль двигался на большой скорости» содержит субъективную информацию. Сообщение «Автомобиль двигался со скоростью 100 км/ч» будет объективным при исправном спидометре.
Информация полна, если ее достаточно для принятия решений. Неполная информация может привести к ошибочным выводам и действиям. Например, сообщение «Температура на улице 10 градусов» без уточнения «тепла» или «мороза» может привести к неправильному выбору человеком верхней одежды.
Информация актуальна, если она необходима в настоящее время. Например, телеграмма о приезде друзей, полученная своевременно, позволит вовремя их встретить. Устаревшая, преждевременная или незначимая информация для человека является неактуальной.
Информация понятна, если она выражена на языке, понятном для человека. Например, записка на испанском языке для человека, который не знает этого языка, будет непонятна.
Информация доступна, если имеет возможность ее получения. Различные барьеры могут сделать информацию недоступной. Например, секретные документы, хранящиеся в архиве, невозможно получить людям, которым доступ к таким архивам запрещен. Поэтому для этих людей информация, содержащаяся в этих документах, будет недоступной.
Каждый человек решает для себя вопрос о полезности и важности полученной информации в зависимости от того, удовлетворяет или не удовлетворяет эта информация перечисленным свойствам. Знание основных свойств информации помогает человеку правильно оценивать получаемую информацию и принимать верное решение в каждом конкретном случае.
Человек постоянно получает информацию из окружающего мира, анализирует ее свойства, выявляет существенные закономерности и тем самым познает мир. В процессе понимания информации, ее анализа и применения на практике у человека формируются знания. Одна и та же информация может приводить к появлению разных знаний у разных людей. Сформированные знания человек использует в своей деятельности. В то же время деятельность человека, способствует постоянному пополнению его знаний об окружающем мире.
Знания людей может разделить на два вида: декларативные и процедурные (рис. 2).
Декларативные знания, по своей сути, являются утверждениями и начинаются со слов «Я знаю, что…». К этому виду относятся знания о конкретных объектах. Например, «Я знаю, что вещество, энергия и информация являются основными ресурсами современного общества», «Я знаю, что компьютер является универсальным устройством для работы с информацией».
Процедурные знания, определяют действия, которые надо выполнить для достижения поставленной цели. Они начинаются со слов «Я знаю, как…». Например, «Я знаю, как подключить принтер к системному блоку компьютера», «Я знаю, как записать алгоритм сложения двух чисел». Декларативные и процедурные знания позволяют человеку сформировать свое собственное представление о предметах, процессах и явлениях окружающего мира.
Два подхода к понятию “информация”.
Информация для человека – это сведения, которые уменьшают существующую до их получения неопределенность знания.
Под информацией, когда речь идет о технике, принято понимать все сведения, которые представлены в определенной форме для хранения, передачи и обработки с помощью технических средств, в том числе и компьютера.
Таким образом, понятие «информация» многозначно. Существуют различные подходы к пониманию информации. До сих пор не дано единого, универсального и исчерпывающего ее определения. Термин «информация» может содержать разный смысл, в зависимости от тех областей знаний, в которых он используется.
Формы представления знаний
Человек для решения какой-либо задачи использует собственные и другие знания. Для выполнения той же работы с помощью компьютера необходимо этим знаниям придать определенную форму, чтобы представить их в компьютере, а также составить программу для компьютера, решающую задачу с использованием знаний. В самом общем плане формы представления знаний делят на императивные, декларативные и комбинированные.
По этой причине императивная форма представления знаний наиболее эффективна с вычислительной точки зрения (по затратам времени и памяти на решение задачи), поскольку в процедурах поиска решения глубоко учитывается специфика конкретной проблемной области (ПО) и решаемой задачи, что является важным фактором при создании систем, работающих в реальных условиях (в системах реального времени).
Декларативные формы представления знаний разработаны в рамках исследований по искусственному интеллекту.
Их отличительная особенность в том, что знания относительно предметной области в этом случае описываются в виде совокупности утверждений, характеризующих состав, свойства, законы строения и поведения. Знания в этой форме можно использовать для решения любых задач, связанных с данной предметной областью. Постановка задачи в этом случае сводится к описанию свойств искомого решения (цели), способ же поиска решений (механизм поиска, «машина» вывода) универсален и не зависит ни от поставленной задачи, ни даже от предметной области, что весьма важно при описании слабо изученных и изменяющихся предметных областей.
Комбинированные формы описания знаний создаются, чтобы преодолеть недостатки и сохранить достоинства императивной и декларативной форм. Достигается это за счет того, что хорошо обоснованная, устойчивая и формализованная часть знания воплощается в эффективных процедурах, а слабо изученная и изменчивая составляющая знания представляется в декларативной форме.
Структурный подход к построению модели предметной области предполагает выделение следующих когнитивных элементов знаний:
Выделяемые понятия предметной области должны образовывать систему, под которой понимается совокупность понятий, обладающая следующими свойствами: уникальностью (отсутствием избыточности); полнотой (достаточно полным описанием различных процессов, фактов, явлений и т. д. предметной области); достоверностью (валидностью — соответствием выделенных единиц смысловой информации их реальным наименованиям) и непротиворечивостью (отсутствием омонимии).
При построении системы понятий с помощью «метода локального представления» эксперта просят разбить задачу на подзадачи для перечисления целевых состояний и описания общих категорий цели. Далее для каждого разбиения (локального представления) эксперт формулирует информационные факты и дает им четкое наименование (название). Считается, что для успешного решения задачи построения модели предметной области число таких информационных фактов в каждом локальном представлении, которыми человек способен одновременно манипулировать, должно быть примерно равно семи.
«Метод вычисления коэффициента использования» основан на следующей гипотезе. Элемент данных (или информационный факт) может являться понятием, если:
Полученные значения могут служить критерием для классификации всех элементов данных и, таким образом, для формирования системы понятий.
«Метод формирования перечня понятий» заключается в том, что экспертам (желательно, чтобы их было больше двух) дается задание составить список понятий, относящихся к исследуемой предметной области. Понятия, выделенные всеми экспертами, включаются в систему понятий, остальные подлежат обсуждению.
«Ролевой метод» состоит в том, что эксперту дается задание обучить инженера по знаниям решению некоторых задач предметной области. Таким образом, эксперт играет роль учителя, а инженер по знаниям — роль ученика. Процесс обучения записывается на магнитофон. Затем третий участник прослушивает магнитофонную ленту и выписывает на бумаге все понятия, употребленные учителем или учеником.
При использовании метода «составления списка элементарных действий» эксперту дается задание составить такой список при решении задачи в произвольном порядке.
В методе «составление оглавления учебника» эксперту предлагается представить ситуацию, в которой его попросили написать учебник. Необходимо составить на бумаге перечень предполагаемых глав, разделов, параграфов, пунктов и подпунктов книги.
«Текстологический метод» формирования системы понятий заключается в том, что эксперту дается задание выписать из руководств (книг по специальности) некоторые элементы, представляющие собой единицы смысловой информации.
Группа методов установления взаимосвязей предполагает установление семантической близости между отдельными понятиями. В основе установления взаимосвязей лежит психологический эффект «свободных ассоциаций», а также фундаментальная категория близости объектов или концептов.
Эффект свободных ассоциаций заключается в следующем. Испытуемого просят отвечать на заданное слово первым пришедшим на ум словом. Как правило, реакция большинства испытуемых (если слова не были слишком необычными) оказываются одинаковой. Количество переходов в цепочке может служить мерой «смыслового расстояния» между двумя понятиями. Многочисленные опыты подтверждают гипотезу, что для двух любых слов (понятий) существует ассоциативная цепочка, состоящая не более чем из семи слов.
«Метод свободных ассоциаций» основан на психологическом эффекте, описанном выше. Эксперту предъявляется понятие с просьбой назвать как можно быстрее первое пришедшее на ум понятие из сформированной ранее системы понятий. Далее производится анализ полученной информации.
В методе «сортировка карточек» исходным материалом служат выписанные на карточки понятия. Применяются два варианта метода. В первом эксперту задаются некоторые глобальные критерии предметной области, которыми он должен руководствоваться при раскладывании карточек на группы. Во втором случае, когда сформулировать глобальные критерии невозможно эксперту дается задание разложить карточки на группы в соответствии с интуитивным пониманием семантической близости предъявляемых понятий.
«Метод обнаружения регулярностей» основан на гипотезе о том, что элементы цепочки понятия, которые человек вспоминает с определенной регулярностью, имеют тесную ассоциативную взаимосвязь. Для эксперимента произвольным образом отбирается 20 понятий. Эксперту предъявляется одно из числа отобранных. Процедура повторяется до 20 раз, причем каждый раз начальные концепты должны быть разными. Затем инженер по знаниям анализирует полученные цепочки с целью нахождения постоянно повторяющихся понятий (регулярностей). Внутри выделенных таким образом группировок устанавливаются ассоциативные взаимосвязи.
Кроме рассмотренных выше неформальных методов для установления взаимосвязей между отдельными понятиями применяются также формальные методы. Сюда в первую очередь относятся методы семантического дифференциала и репертуарных решеток.
Выделенные понятия предметной области и установленные между ними взаимосвязи служат основанием для дальнейшего построения системы метапонятий — осмысленных в контексте изучаемой предметной области системы группировок понятий. Для определения этих группировок применяют как неформальные, так и формальные методы.
Интерпретация, как правило, легче дается эксперту, если группировки получены неформальными методами. В этом случае выделенные классы более понятны эксперту. Причем в некоторых предметных областях совсем не обязательно устанавливать взаимосвязи между понятиями, так как метапонятия, образно говоря, «лежат на поверхности».
Последним этапом построения модели предметной области при концептуальном анализе является установление семантических отношений между выделенными понятиями и метапонятиями. Установить семантические отношения — это значит определить специфику взаимосвязи, полученной в результате применения тех или иных методов. Для этого необходимо каждую зафиксированную взаимосвязь осмыслить и отнести ее к тому или иному типу отношений.
Существует около 200 базовых отношений, например, «часть — целое», «род — вид», «причина — следствие», пространственные, временные и другие отношения. Для каждой предметной области помимо общих базовых отношений могут существовать и уникальные отношения.
«Прямой метод» установления семантических отношений основан на непосредственном осмыслении каждой взаимосвязи. В том случае, когда эксперт затрудняется дать интерпретацию выделенной взаимосвязи, ему предлагается следующая процедура. Формируются тройки: понятие 1 — связь — понятие 2. Рядом с каждой тройкой записывается короткое предложение или фраза, построенное так, чтобы понятие 1 и понятие 2 входили бы в это предложение. В качестве связок используются только содержательные отношения и не применяются неопределенные связки типа «похож на» или «связан с».
Для «косвенного метода» необязательно иметь взаимосвязи, а достаточно лишь наличие системы понятий. Формулируется некоторый критерий, для которого из системы понятий выбирается определенная совокупность концептов. Эта совокупность предъявляется эксперту с просьбой дать вербальное описание сформулированного критерия. Концепты предъявляются эксперту все сразу (желательно на карточках). В случае затруднений эксперта прибегают к разбиению отобранных концептов на группы с помощью более мелких критериев. Исходное количество концептов может быть произвольным, но после разбиения на группы в каждой из таких групп должно быть не более десяти концептов. После того как составлены описания по всем группам, эксперту предлагают объединить эти описания в одно.
Следующий шаг в косвенном методе установления семантических отношений — это анализ текста, составленного экспертом. Концепты заменяют цифрами (это может быть исходная нумерация), а связки оставляют. Тем самым строится некоторый граф, вершинами которого служат концепты, а дугами — связки (например, «ввиду», «приводит к», «выражаясь с одной стороны», «обусловливая», «сочетаясь», «определяет», «вплоть до» и т. д.) Этот метод позволяет устанавливать не только базовые отношения, но и отношения, специфические для конкретной предметной области.
Рассмотренные выше методы формирования системы понятий и метапонятий, установления взаимосвязей и семантических отношений в разных сочетаниях применяются на этапе концептуализации при построении модели предметной области.
Декларативная форма представления информации это
Воспринимая информацию с помощью органов чувств, человек стремится зафиксировать ее так, чтобы она стала понятной и другим, представляя ее в той или иной форме.
Музыкальную тему композитор может наиграть на пианино, а затем записать с помощью нот. Образы, навеянные все той же мелодией, поэт может воплотить в виде стихотворения, хореограф выразить танцем, а художник — в картине.
Форма представления информации очень важна при ее передаче: если человек плохо слышит, то передавать ему информацию в звуковой форме нельзя; если у собаки слабо развито обоняние, то она не может работать в розыскной службе. В разные времена люди передавали информацию в различной форме с помощью: речи, дыма, барабанного боя, звона колоколов, письма, телеграфа, радио, телефона, факса. Независимо от формы представления и способа передачи информации, она всегда передается с помощью какого-либо языка.
На уроках математики вы используете специальный язык, в основе которого — цифры, знаки арифметических действий и отношений. Они составляют алфавит языка математики. На уроках физики при рассмотрении какого-либо физического явления вы используете характерные для данного языка специальные символы, из которых составляете формулы. Формула — это слово на языке физики.
На уроках химии вы также используете определенные символы, знаки, объединяя их в «слова» данного языка.
Существует язык глухонемых, где символы языка — определенные знаки, выражаемые мимикой лица и движениями рук.
Основу любого языка составляет алфавит — набор однозначно определенных знаков (символов), из которых формируется сообщение. Языки делятся на естественные (разговорные) и формальные. Алфавит естественных языков зависит от национальных традиций. Формальные языки встречаются в специальных областях человеческой деятельности (математике, физике, химии и т. д.). В мире насчитывается около 10 000 разных языков, диалектов, наречий. Многие разговорные языки произошли от одного и того же языка. Например, от латинского языка образовались французский, испанский, итальянский и другие языки.
Информация становится понятной, если она выражена языком, на котором говорят те, кому предназначена информация.
В процессе развития человеческого общества люди выработали большое число языков. Примеры языков:
Язык –– это знаковая система, используемая для целей коммуникации и познания. Основой большинства языков является алфавит – набор символов, из которых можно составлять слова и фразы данного языка.
Все языки можно разделить на естественные и искусственные.
Естественными называются “обычные”, “разговорные” языки, которые складываются стихийно и в течение долгого времени. История каждого такого языка неотделима от истории народа, владеющего им. Естественный язык, предназначенный, прежде всего, для повседневного общения, имеет целый ряд своеобразных черт:
Основными функциями естественного языка являются:
Искусственные языки создаются людьми для специальных целей либо для определенных групп людей: язык математики, морской семафор, язык программирования. Характерной особенностью искусственных языков является однозначная определенность их словаря, правил образования выражений и правил придания им значений.
Любой язык –– и естественный и искусственный –– обладает набором определенных правил. Они могут быть явно и строго сформулированными (формализованными), а могут допускать различные варианты их использования.
Формализованный (формальный) язык –– язык, характеризующийся точными правилами построения выражений и их понимания. Он строится в соответствии с четкими правилами, обеспечивая непротиворечивое, точное и компактное отображение свойств и отношений изучаемой предметной области (моделируемых объектов).
В отличие от естественных языков формальным языкам присущи четко сформулированные правила семантической интерпретации и синтаксического преобразования используемых знаков, а также то, что смысл и значение знаков не изменяется в зависимости от каких-либо прагматических обстоятельств (например, от контекста).
Большинство формальных языков (созданных конструкций) строится по следующей схеме. сначала выбираетсяалфавит, или совокупность исходных символов, из которых будут строиться все выражения языка; затем описываетсясинтаксис языка, то есть правила построения осмысленных выражений. Буквами в алфавите формального языка могут быть и буквы алфавитов естественных языков, и скобки, и специальные знаки и т.п. Из букв, по определенным правилам можно составлять слова и выражения. Осмысленные выражения получаются в формальном языке, только если соблюдены определенные в языке правила образования. Для каждого формального языка совокупность этих правил должна быть строго определена и модификация любого из них приводит чаще всего к появлению новой разновидности (диалекта) этого языка.
Формальные языки широко применяются в науке и технике. В процессе научного исследования и практической деятельности формальные языки обычно используются в тесной взаимосвязи с естественным языком, поскольку последний обладает гораздо большими выразительными возможностями. В то же время формальный язык является средством более точного представления знаний, чем естественный язык, а следовательно, средством более точного и объективного обмена информацией между людьми.
Формальные языки часто конструируются на базе языка математики. Веком бурного развития различных формальных языков можно считать XX век.
С точки зрения информатики, среди формальных языков наиболее значительную роль играют формальный язык логики(язык алгебры логики) и языки программирования.
Возникновение языков программирования приходится на начало 50-х годов XX века.
Языков программирования и их диалектов (разновидностей) насчитывается несколько тысяч. Классифицировать их можно по-разному. Некоторые авторы разбивают все многообразие языков программирования на процедурные и декларативные. В процедурных языках преобразование данных задается с помощью описания последовательности действий над ними. В декларативных языках преобразование данных задается посредством описания отношений между самими данными. Согласно другой классификации, языки программирования можно разделить на процедурные, функциональные, логические, объектно-ориентированные. Однако любая классификация несколько условна, поскольку, как правило, большинство языков программирования включает в себя возможности языков разных типов.Особое место среди языков программирования занимают языки, обеспечивающие работу систем управления базами данных (СУБД). Часто в них выделяют две подсистемы: язык описания данных и язык манипулирования
Теория кодирования – это раздел теории информации, связанный с задачами кодирования и декодирования сообщений, поступающих к потребителям и посылаемых из источников информации.
Теория кодирования близка к древнейшему искусству тайнописи – криптографии. Над разработкой различных шифров трудились многие известные ученые: философ Ф. Бэкон, математики Д.Кардано, Д. Валлис. Одновременно с развитием методов шифровки развивались приемы расшифровки, или криптоанализа.
В середине ХIХ в. ситуация изменилась. Изобретение телефона и искрового телеграфа поставило перед учеными и инженерами проблему создания новой теории кодирования. Первой ориентированной на технику системой кодирования оказалась азбука Морзе, в которой принято троичное кодирование (точка, тире, пауза).
Двоичное кодирование – один из распространенных способов представления информации. В вычислительных машинах, в роботах и станках с числовым программным управлением, как правило, вся информация, с которой имеет дело устройство, кодируется в виде слов двоичного алфавита.
Двоичный алфавит состоит из двух цифр 0 и 1.
Цифровые ЭВМ (персональные компьютеры относятся к классу цифровых) используют двоичное кодирование любой информации. В основном это объясняется тем, что построить техническое устройство, безошибочно различающее 2 разных состояния сигнала, технически оказалось проще, чем то, которое бы безошибочно различало 5 или 10 различных состояний.
К недостаткам двоичного кодирования относят очень длинные записи двоичных кодов, что затрудняет работу с ними.
ДВОИЧНОЕ КОДИРОВАНИЕ СИМВОЛЬНОЙ (ТЕКСТОВОЙ) ИНФОРМАЦИИ
При сравнении символов наиболее важными аспектами являются уникальность кода для каждого символа и длина этого кода, а сам выбор принципа кодирования практически не имеет значения.
Для кодирования текстов используются различные таблицы перекодировки. Важно, чтобы при кодировании и декодировании одного и того же текста использовалась одна и та же таблица.
Наиболее популярные таблицы перекодировки: ДКОИ-8, ASCII, CP1251, Unicode.
Исторически сложилось, что в качестве длины кода для кодирования символов было выбрано 8 бит или 1 байт. Поэтому чаще всего одному символу текста, хранимому в компьютере, соответствует один байт памяти.
Различных комбинаций из 0 и 1 при длине кода 8 бит может быть 28 = 256, поэтому с помощью одной таблицы перекодировки можно закодировать не более 256 символов. При длине кода в 2 байта (16 бит) можно закодировать 65536 символов.
В настоящее время большая часть пользователей при помощи компьютера обрабатывает текстовую информацию, которая состоит из символов: букв, цифр, знаков препинания и др.
т. е. для представления текстовой информации можно использовать алфавит мощностью 256 символов.
Суть кодирования заключается в том, что каждому символу ставят в соответствие двоичный код от 00000000 до 11111111 или соответствующий ему десятичный код от 0 до 255.
Одному и тому же двоичному коду ставится в соответствие различные символы.
| Двоичный код | Десятичный код | КОИ8 | СР1251 | СР866 | Мас | ISO |
| 11000010 | 194 | б | В | — | — | Т |